xeyes的重新实现--x系统及其Xlib以及和windows的异同

每一个X程序都对应一个x client，x server则只负责输入输出事件和请求，键盘和鼠标以及触摸屏之类的动作会被x server捕获，作为事件通过x协议传给x client，然后x client得到这些事件之后会根据它们做一些逻辑计算，然后得到一个请求通过x协议发给x server，此时x server就会根据x client的请求将图形绘制出来，通过输出设备显示。一个x server可以同时被很多个x client连接，因此它必须管理总体的图形布局，包括哪个窗口属于哪个x client，哪个窗口此时位于最上方，哪个窗口被遮住了哪个部分等等，这些同样作为事件--类似键盘鼠标等的输入事件传给相应的x client，因此可以想象，每一个可以显示的元素都要帮定一个或者几个x client，x client得到这些事件(管理总体布局的事件，而非输入设备的事件)之后，同样要做出一些反应，比如当它的窗口重新显示的时候要重画整个它的窗口等等。
x系统是一个c/s结构的系统，它并不以窗口为核心，而是以进程(x client--xterm/xeyes，x server--xorg...)为核心的，x server进程负责捕获事件--包括输入设备的事件和窗口管理事件，并且将事件传递给相应的x client，而x client则根据事件负责逻辑处理，并将处理结果作为显示请求回传给x server，x server得到请求后进行显示。一般的，每一个x server都有一个事件队列和一个请求队列，每一个事件元素绑定x client，它的大体结构应该包含下面的逻辑：
1.
while(...) {
1.从事件队列取出一个事件；
2.得到事件队应的x client；
3.将事件发给x client；
}
2.
while(...) {
1.从请求队列取出一个请求；
3.根据请求进行显示；
}
3.
3.0：根据鼠标的位置或者(以及)当前窗口得到一个或者多个对之感兴趣的x client用于下面3.1到3.x的事件构造；
3.1：鼠标回调：构造一个事件加入事件队列；
3.2：键盘回调：构造一个事件加入事件队列；
...
x client则同样拥有一个事件队列和一个请求队列，但是逻辑和x server正好相反。
作为一个例子，首先启动一个x server(将配置中的tcpip打开，否则别的机器没法连接)，然后用xhost增加一个可以连接的主机，然后在该主机上设置DISPLAY环境变量，最后运行一个最简单的xeyes，然后到x server上移动一下鼠标，在x client上strace一下这个xeyes，希望得到的是当晃动鼠标的时候，strace会打印出tcpip连接的数据，可是结果却很乱，不停的select，不停的超时，不停的打印...看了xeyes的源码才知道，原来它使用的是timer，也就是说不管有没有事件，timer都会定期的到期，然后去select网络连接，也就是和x server的连接。这样岂不是很浪费资源，于是就想用最底层的xlib重写一下著名的xeyes，xlib可以说是比较底层的x编程库了，再往下就是直接用socket用x协议写代码了。顺便说一句，在xeyes的man手册中，有这么一句话：Xeyes watches what you do and reports to the Boss.然而它并没有向任何人报告你的一举一动，看了xeyes的代码后，突然觉得这是可以的，因为XQueryPointer函数可以返回足够的信息，它足以让你的Boss将你fire了，具体的方式就是在XQueryPointer之后以XQueryPointer的第四个参数child_return为参数调用XFetchName(我们简单一点说，实际上还有更多信息可以获取的)，然后就可以得到鼠标当前在哪个窗口上，这样Boss就知道你在干什么了，这个信息很容易通过syslog发送出去的，不过前提是Boss的xeyes窗口必须隐藏，也就是必须隐藏那双眼睛。在下面的代码中，我将不处理报告Boss的逻辑，因为上面已经简单说过了。
下面就是事件循环版本的xeyes的源代码了，它除了xlib没有使用其余的库，也没有使用轮询式的timer，而是使用了事件中断的触发机制，只有在有鼠标移动事件的时候xeyes才会行动，再者，所有和数学相关的代码完全拷贝timer版的xeyes代码，下面就是源代码：
#include <X11/Xlib.h>
#include <X11/Xos.h>
#include <stdio.h>
#include <X11/IntrinsicP.h>
#include <X11/StringDefs.h>
#include <X11/extensions/shape.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include "transform.h"
int main(void)
{
Display *disp = XOpenDisplay(NULL); //得到默认的display
Window win_root = DefaultRootWindow(disp); //如果不使用这个root，将得不到xeyes窗口之外的事件。
int screen = DefaultScreen(display);
int black = BlackPixel(display, screen);
int white = WhitePixel(display, screen);
Window win_eyes = XCreateSimpleWindow(disp, win_root, 0, 0, 150, 100, 3, black, white);
XSelectInput(disp, win_root, PointerMotionMask );
XSelectInput(disp, win_eyes, ExposureMask|PointerMotionMask );
XMapWindow(disp, win_eyes);
XGCValues xgcv1;
xgcv1.function = GXorReverse;
XtGCMask valuemask1 = GCFunction|GCForeground | GCBackground;
GC gc_eyeballs = XCreateGC(disp, win_root, 0, NULL);
XGCValues values_return;
XGetGCValues (disp, gc_eyeballs, valuemask1, &values_return);
Pixel fg = values_return.foreground;
Pixel bg = values_return.background;
xgcv1.foreground = bg;
xgcv1.background = fg; //注意这里创建了两个反转的画笔，作用在于画眼珠子之前先擦除原来的眼珠子
GC gc_balls = XCreateGC(disp, win_root, valuemask1, &xgcv1);
XGCValues xgcv;
Pixmap pim = XCreatePixmap (disp, win_eyes, 150, 100, 1);
XtGCMask valuemask = GCForeground | GCBackground;
GC gc_eyes = XCreateGC (disp, pim, valuemask, &xgcv);
XSetForeground (disp, gc_eyes, 0);
XFillRectangle (disp, pim, gc_eyes, 0, 0,150, 100);
XSetForeground (disp, gc_eyes, 1);
Window rep_root, rep_child;
int rep_rootx, rep_rooty;
unsigned int rep_mask;
int dx, dy;
TPoint mouse;
TPoint newpupil[2]; //记录当次的眼睛位置
TPoint oldpupil[2]; //记录上次的眼睛位置
Transform t; //涉及到数学的计算，全部拷贝原始的xeyes代码
SetTransform (&t,0, 150,100, 0, W_MIN_X, W_MAX_X, W_MIN_Y, W_MAX_Y);
while(1) {
XEvent report = {0};
XNextEvent(disp, &report);
switch (report.type){
case Expose:
if (report.xexpose.window == win_root) {
//一般不会执行到这里，因为我们取的是根窗口，除非创建一个全屏幕的窗口使之遮住根窗口，然后移动它。
} else { //以下的T打头的函数全部拷贝自原始代码
TFillArc (disp, pim, gc_eyes, &t,
EYE_X(0) - EYE_HWIDTH - EYE_THICK,
EYE_Y(0) - EYE_HHEIGHT - EYE_THICK,
EYE_WIDTH + EYE_THICK * 2.0,
EYE_HEIGHT + EYE_THICK * 2.0,
90 * 64, 360 * 64); //画左眼
TFillArc (disp, pim, gc_eyes, &t,
EYE_X(1) - EYE_HWIDTH - EYE_THICK,
EYE_Y(1) - EYE_HHEIGHT - EYE_THICK,
EYE_WIDTH + EYE_THICK * 2.0,
EYE_HEIGHT + EYE_THICK * 2.0,
90 * 64, 360 * 64); //画右眼
//裁剪窗口
XShapeCombineMask (disp, win_eyes, ShapeBounding, 0, 0, pim, ShapeSet);
TFillArc (disp, win_eyes, gc_eyeballs, &t,
EYE_X(0) - EYE_HWIDTH - EYE_THICK,
EYE_Y(0) - EYE_HHEIGHT - EYE_THICK,
EYE_WIDTH + EYE_THICK * 2.0,
EYE_HEIGHT + EYE_THICK * 2.0,
90*64, 360 * 64); //涂黑左眼
TFillArc (disp, win_eyes, gc_balls, &t,
EYE_X(0) - EYE_HWIDTH,
EYE_Y(0) - EYE_HHEIGHT,
EYE_WIDTH, EYE_HEIGHT,
90 * 64, 360 * 64); //描左眼圈
TFillArc (disp, win_eyes, gc_eyeballs, &t,
EYE_X(1) - EYE_HWIDTH - EYE_THICK,
EYE_Y(1) - EYE_HHEIGHT - EYE_THICK,
EYE_WIDTH + EYE_THICK * 2.0,
EYE_HEIGHT + EYE_THICK * 2.0,
90*64, 360 * 64); //涂黑右眼
TFillArc (disp, win_eyes, gc_balls, &t,
EYE_X(1) - EYE_HWIDTH,
EYE_Y(1) - EYE_HHEIGHT,
EYE_WIDTH, EYE_HEIGHT,
90*64, 360 * 64); //描右眼圈
} //不要break，继续画眼珠子
case MotionNotify:
//得到当前鼠标的位置，还顺便得到了它所悬停的窗口信息
XQueryPointer (disp, win_root, &rep_root, &rep_child, &rep_rootx, &rep_rooty, &dx, &dy, &rep_mask);
mouse.x = Tx(dx, dy, &t);
mouse.y = Ty(dx, dy, &t);
computePupils (mouse, newpupil); //数学计算
TFillArc (disp, win_eyes, gc_balls, &t,
oldpupil[0].x - BALL_WIDTH / 2.0,
oldpupil[0].y - BALL_HEIGHT / 2.0,
BALL_WIDTH, BALL_HEIGHT,
90 * 64, 360 * 64); //先用反色清除掉原来的左眼珠子
TFillArc (disp, win_eyes, gc_eyeballs, &t,
newpupil[0].x - BALL_WIDTH / 2.0,
newpupil[0].y - BALL_HEIGHT / 2.0,
BALL_WIDTH, BALL_HEIGHT,
90 * 64, 360 * 64); //再用前景色填充左眼珠子
oldpupil[0].x = newpupil[0].x;
oldpupil[0].y = newpupil[0].y;
TFillArc (disp, win_eyes, gc_balls, &t,
oldpupil[1].x - BALL_WIDTH / 2.0,
oldpupil[1].y - BALL_HEIGHT / 2.0,
BALL_WIDTH, BALL_HEIGHT,
90 * 64, 360 * 64); //右眼珠子同左眼珠子
TFillArc (disp, win_eyes, gc_eyeballs, &t,
newpupil[1].x - BALL_WIDTH / 2.0,
newpupil[1].y - BALL_HEIGHT / 2.0,
BALL_WIDTH, BALL_HEIGHT,
90 * 64, 360 * 64);
oldpupil[1].x = newpupil[1].x;
oldpupil[1].y = newpupil[1].y;
break;
}
}
return 0;
}
Xlib编程很简单，只要几个要素齐备了，那么剩下的就是闭着眼睛敲代码了，首先是一个display--这是一个环境，然后是一个drawable--这是一张画布，它可以是一个windows，最后是一个GC--它是一支画笔，总的情况就是在display中用gc在drawable上作画，一个main函数框架就是：
main()
{
1.得到一个display，作为disp；
2.得到一个drawable，作为一个win；
3.得到一支画笔，作为gc；
4.注册自己感兴趣的事件告诉x server；
5.编写一个事件循环：
while (1) {
5.1.得到一个x server发来的事件；
5.2.处理该事件；
}
}
linux版本的无timer的xeyes到此结束，那么windows的呢？
可以想象，windows的实现更加简单一些，当用vc创建一个win32工程之后，IDE就已经帮你完成一半工作了，仔细理解这一半的工作，发现它和上述xlib编程的main框架是如此的相似。相似之后还有些许不同，这些不同完全是windows的消息机制和x系统的架构机制不同所导致的，x系统的当然要更简单一些，x系统基于进程，而windows基于线程，因此windows的消息机制之所以复杂，那是因为它使用一些操作系统本身的机制，比如线程。如果我们将windows的xeyes应用有意简化，使之向xlib的代码靠拢，最后我们发现，它们更加一致。